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GALGAMENTO DO
QUEBRA-MAR POENTE DE
ALBUFEIRA:
COMPARAÇÃO ENTRE O
MODELO NUMÉRICO SPH
E MEDIÇÕES DE CAMPO
Eric Didier (1)
Óscar Ferreira (2)
João Dias (1)
Diogo R.C.B. Neves (1)
Ana R. Carrasco (2)
Maria T. Reis (1)
Maria da Graça Neves (1)
1- LNEC 2- CIMA/UALG
3as Jornadas de Engenharia Hidrográfica 24 a 26 de Junho de 2014
Enquadramento
• SPACE Desenvolver um modelo numérico capaz de modelar os
fenómenos não lineares presentes na interacção de ondas com
estruturas costeiras
Estimar as forças sobre estruturas
Avaliar o galgamento
• Este modelo numérico já foi alvo de inúmeros
desenvolvimentos e análises de sensibilidade ao nível do
modelo (escala reduzida) e validação com dados
experimentais obtidos em modelo físico
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Índice • Objectivos
Avaliar o comportamento do modelo SPHyCE no cálculo do galgamento num quebra-mar à escala real
Analisar a aplicabilidade da ferramenta numérica integrada
• Caso de estudo Quebra-mar Poente do Porto de Pesca de Albufeira
• Ferramenta numérica
SWAN – Propagação das condições de agitação do largo até à costa
Bouss2D – zona batimétrica
SPHyCE – Interacção onda-estrutura
• Campanhas de campo
• Resultados do galgamento
Ferramenta numérica integrada
Medições de campo
Ferramenta neuronal NN_OVERTOPPING2
• Conclusões
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Caso de estudo
• Quebra-mar Poente do Porto de pesca de Albufeira, Algarve
• Secção monitorizada
Inclinação do talude, 32º
Profundidade ao pé do talude, -1.5m (ZH)
Berma de 5.5m a cota de +6.5m (ZH)
Porosidade do manto exterior ~42%
• As medições de campo foram realizadas a 19 Janeiro de 2013 (8H00-8H30) ao longo de um ciclo de maré, durante períodos de marés mortas (amplitude de maré de 1.5 m)
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Ferramenta Integrada • Aplicar uma metodologia de acoplamento entre vários modelos numéricos • Permitir modelar todos os processos do largo até à estrutura e sua
interacção, utilizando o modelo numérico mais apropriado
• Ferramenta integrada composta de três modelos numéricos: Modelo SWAN - Simulating WAves Nearshore:
• Modelo numérico espectral
• Propagação da agitação marítima da bóia-ondógrafo até próximo da costa (30 km)
Modelo Bouss2D: • Resolve as equações de Boussinesq integradas na vertical, válidas para águas pouco-
profundas a profundidades intermédias (refracção, difracção, atrito de fundo)
• Propagação e transformação da onda nas proximidades da estrutura (800 m)
Modelo SPHyCE - Smoothed Particle Hydrodynamics: • Baseado na formulação Lagrangeana das equações da dinâmica dos fluidos e num método
de discretização de tipo SPH que permite não recorrer a uma malha computacional
• Interacção entre ondas e estruturas costeiras (rebentação e galgamento) (102 m)
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Ferramenta Integrada
SWAN • Duas malhas computacionais, uma com 45
m de lado e outra encaixada de 5m
• Analise das características de agitação no
ponto 2 (Hs=2.74m; Tp=9.64s)
Bouss2D
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• Malha cartesiana regular com elementos
quadráticos de 2m
• Espectro de Jonswap com
características do ponto 2
• Incidência praticamente normal à
estrutura, <10º
Ferramenta Integrada
SPHyCE Método PCM (Probability Calculation
Method) • Distribuição de Rayleight (Goda, 2010)
• Hs=3 m;
• Hmax=1.8Hs
• Tp=9.84 s
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H (m)
PH
0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 4.8 5.40
0.2
0.4
0.6
0.8
Ferramenta Integrada
• A estrutura é constituída por 2 mantos de 2 camadas cada, com
porosidade de 42%.
Resolução, i.e., a dimensão das partículas é de d0=7.45×10-2 m, com um
número total de partículas fluidas e sólidas de 115 688.
O tempo de simulação de 123 s e um passo de tempo da ordem de 10-4 s.
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Resultados Cálculo do galgamento a partir ferramenta integrada
• O volume galgado: calculado através da contribuição
de cada altura de onda do registo,
ponderando o volume galgado
pela sua probabilidade de
ocorrência (Ortuno, 2010).
• Maior contribuição H=2.4m e PH=0.55%
VmH =239 l/m
Representa 87% do volume
galgado total
Indicativo da ordem de grandeza
dos maiores volumes galgados
• Qm galgado de 4.67 l/m/s
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t (s)
Vr(m
3/m)
25 50 75 100 1250
0.5
1
1.5
2 H=2.4m
H (m)PH,VmH(m
3/m/onda)
0 0.6 1.2 1.8 2.4 3 3.6 4.2 4.8 5.40
0.2
0.4
0.6
0.8
PH
VmH
Campanha de campo
• Vários eventos de galgamento representativos de tempestade moderada,
frequente durante o inverno marítimo Hs médio ~ 3-4 m
Tp médio ~ 8-10 s
Direcção de onda dominante de SW
• Foram considerados unicamente os galgamentos que respeitam critérios compatíveis com a
metodologia de cálculo do galgamento bidimensionalidade,
lâmina de água relativamente regular
• Instrumentação
Sensores de Pressão
Câmara de video
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Campanha de campo
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Resultados Medições de campo
• Velocidade da lâmina de água Velocidade frontal de galgamento (velocidade da frente da lâmina de água)
• Considerando os instantes em que a frente da lâmina de água atinge o sensor S1
(primeiro registo) e S2 no coroamento.
Velocidade entre picos de galgamento
• Considerando os instantes em que ocorre as alturas máximas da lâmina de água nos
sensores S1 e S2
• Galgamento Com base nas velocidades frontais e de pico e das alturas médias e máximas
da lâmina de água medidas nos sensores de pressão S1 e S2
Descargas medias frontais e de pico (Qf e Qp)
Volumes máximos de galgamento correspondente (Vf e Vp)
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Resultados Medições de campo
• Os galgamentos ocorreram de forma turbulenta o que dificulta a análise
• A metodologia de aquisição dos dados e de cálculo não permite considerar todas
as ondas que galgam efectivamente o quebra-mar, o que impossibilita calcular o
caudal médio galgado
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Volume (l/m) Velocidade (m/s)
Método Máximo Médio Máximo Médio
Frontal (5 eventos) 308 185 20 13
Pico (3 eventos) 508 308 14 11
Resultados Ferramenta neuronal NN_Overtopping2
• Com base Ferramenta neuronal NN_Overtopping2 e considerando Altura de onda incidente no pé do talude, Hs=2.4m
Tp=9.84s
Permeabilidade, f=0.5 (Enrocamento)
• Caudal médio galgado obtido foi de 0.53 l/s/m, com um intervalo de
confiança de 95%: [0.14; 1.96] l/s/m
• Dado que a estrutura apresenta uma boa arrumação dos blocos,
considerou-se o coeficiente de permeabilidade f=0.6, tendo-se
obtido um caudal médio galgado de 1.0 l/s/m, com um intervalo de
confiança de 95%: [0.21; 5.02] l/s/m.
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Conclusões
• A primeira aplicação do modelo numérico integrado e do método
PCM de GODA para calcular o caudal médio galgado de um quebra-
mar poroso, à escala de protótipo, revelou-se relativamente positiva Volume máximo (l/m)
• Medições de campo (valor médio): 232 l/m
• Ferramenta integrada: 239 l/m
Caudal médio galgado (l/s/m) • Ferramenta integrada: 4.67 l/s/m
• NN-overtopping2: 1 l/s/m; [0.21;5.02] l/s/m
• Concordância razoável entre as ordens de grandeza do caudal
médio galgado entre o modelo numérico integrado, os dados de
campo e a ferramenta de rede neuronal NN_Overtopping2
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Agradecimentos
Os autores agradecem à Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) o
financiamento concedido através do projecto SPACE “A Smoothed particle
Hydrodynamic model development and validation for coastal engineering
applications”, PTDC/ECM/114109/2009 e do projecto DITOWEC PTDC/ECM-
HID/1719/2012, e da bolsa SFRH/BPD/37901/2007.
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